ハードウェアの物理的なフットプリントを分離することが、ベアモードとパッシブモードを比較する際の重要な目的です。この比較では、外骨格固有の物理的特性（重量、慣性、機械的抵抗など）が、アシストが非アクティブな場合に着用者の自然な歩行をどのように変化させるかを具体的に評価します。
自然な動き（ベアモード）と、アシスト機能が無効なデバイスを装着した状態での動き（パッシブモード）との違いを測定することにより、エンジニアはロボットを着用することによる物理的な「コスト」を定量化できます。このベースラインデータは、外骨格がアシストを開始する前に着用者と争うことがないようにハードウェアを最適化するために不可欠です。
物理的影響の定量化
重量と慣性の測定
この比較の主な目標は、デバイスの質量の影響を分離することです。
これらのモードを比較することにより、研究者は外骨格の重量と慣性がユーザーの四肢に過度の負担をかけていないか判断できます。
機械的抵抗の特定
モーターがオフになっていても、外骨格の関節は摩擦を生じさせます。
この評価は、システムに固有の機械的抵抗のレベルを明らかにし、ユーザーが機械の関節を動かすためだけにどれだけの労力を費やす必要があるかを示します。
「透明性」の追求
干渉の最小化
ハードウェア最適化の最終目標は、デバイスが元の動きのパターンに干渉するのを最小限に抑えることです。
この比較から得られたデータは、エンジニアが設計を改良する際の指針となり、デバイスが着用者の自然な生体力学にできるだけ干渉しないようにします。
インタラクション品質の向上
ウェアラブルロボットは、障害物ではなく、体の延長のように感じられるべきです。
ベアモードとパッシブモードのパフォーマンスの差を縮めることは、より高い透明性につながり、人間と機械間のインタラクション品質の向上をもたらします。
トレードオフの理解
構造の負担
パッシブモードをベアモードと全く同じように感じさせることが目標ですが、物理的な現実は限界を課します。
デバイスは、ユーザーをサポートするためにある程度の構造的剛性を必要としますが、これは必然的に重量と潜在的な制限を追加します。
不十分な測定値の結果
パッシブモードがベアモードから著しく逸脱する場合、外骨格のモーターは、デバイス自体の貧弱なメカニクスを補うためにエネルギーを浪費しなければなりません。
これは、アシストがユーザーを助けるのではなく、デバイス自体の物理的な欠陥を克服するために部分的に消費されるため、システムが非効率的になるという結果になります。
目標に合わせた適切な選択
この比較をご自身の評価で効果的に活用するために、具体的な目標を検討してください。
- ハードウェア設計が最優先事項の場合： ベアモードとパッシブモードの運動データ間の偏差を最小限に抑えるために、重量と関節の摩擦を減らすことに焦点を当ててください。
- 制御戦略が最優先事項の場合： パッシブモードのデータを使用して、デバイス固有の抵抗をキャンセルするためにモーターが適用する必要があるトルクの量を正確に計算してください。
最も成功した外骨格は、パッシブモードが統計的にベアモードとほとんど区別がつかないものです。
概要表：
| モード | アシスト | ハードウェアの存在 | 測定の目的 |
|---|---|---|---|
| ベアモード | なし | デバイスなし | 自然な人間の生体力学のベースラインを確立する。 |
| パッシブモード | なし（オフ） | デバイス装着 | 重量、慣性、機械的抵抗を定量化する。 |
| 差 | 該当なし | 該当なし | ハードウェアの物理的な「コスト」と干渉を特定する。 |
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参考文献
- Denis Mosconi, Adriano A. G. Siqueira. Exploring Human–Exoskeleton Interaction Dynamics: An In-Depth Analysis of Knee Flexion–Extension Performance across Varied Robot Assistance–Resistance Configurations. DOI: 10.3390/s24082645
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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